14559

14559

كاربرد تبديل ويولت در كنترل سازه ها Wavelet Application in Structural Control

دكتري

سازه

خرداد ماه 1394

خرداد ماه 1394

دكتر فريدون اميني

عمران

چكيده در سه دهه اخير و همزمان با افزايش ارتفاع سازه ها، تلاش هاي زيادي در خصوص استفاده از سيستم هاي محافظ سازه اي، به منظوركاهش اثرات خطرات محيطي از قبيل زلزله ها و باد هاي شديد بر سازه هاي مهندسي عمران صورت گرفته است و با مطرح شدن تجهيزات هوشمند، اين بحث كه قسمتي از نيروي مقاوم در برابر زلزله را بصورت فعال يا نيمه فعال به سازه وارد كنيم، مطرح شد. اين سيستم ها معمولاً دستگاه هاي ميرايي تكميلي را براي افزايش اتلاف انرژي سازه محافظت شده با توانايي انطباق با تغييرات سازه و تغييرات محيطي را دارند و قابليت اطمينان سازه را افزايش مي دهند. هدف اصلي در كنترل لرزه اي سازه ها، مينيمم كردن جابجايي ها و تنش هاي حاصله از آن با استفاده از حداقل انرژي خارجي مورد نياز است. يكي از الگوريتم هاي كنترلي كارا و موثر در كنترل سازه ها، روش كنترل پس خور (Feedback Control) است، زيرا نيروي كنترل در اين روش ها تابعي از پاسخ سازه بوده و در تعيين نيروي كنترل لحظه بعد، نقش موثري ايفا مي كند. تحقيقات زيادي تاثير و كارايي اين روش را اثبات مي كند. اما يكي از مهمترين معايب روش هاي كنترل كلاسيك، عدم رابطه مستقيم نيروي خارجي با ارتعاش ورودي است. براي حل اين مشكل، روش هاي كنترل پس خور (Feedback Control) اصلاح شده با استفاده از تحليل ويولت در اين تحقيق مورد ارائه شده است. از جمله اين روش ها، روش تخصيص قطب ها (Pole Assignment) و يا كنترل بهينه كلاسيك خطي LQR مي باشد. يكي از مهمترين معايب در روش تخصيص قطب ها و كنترل بهينه كلاسيك خطي LQR ، عدم رابطه مستقيم نيروي خارجي با فركانس و انرژي ارتعاش ورودي است. به همين دليل، با توجه به ساختار اين روش هاي كنترلي، اين روش ها فاقد كليت بهينه براي هر زلزله نامعلوم است. اگرچه محققان، مشكل را با استفاده غيرمستقيم از نيروي زلزله در محاسبه ماتريس بهره و قطب ها، تا حدودي حل كرده اند اما بعلت ماهيت غير يكنواخت، محتواي متغير فركانسي و انرژي زلزله بهتر است ماهيت ارتعاش، در محاسبه قطب ها يا ماتريس بهره تاثير مستقيمي داشته باشد. به همين دليل، در اين تحقيق سعي بر آن است روش هاي كنترلي ارائه شود كه نيروي خارجي بصورت مستقيم در تعيين نيروي كنترل، نقش داشته باشند. همچنين براي افزايش كارايي الگوريتم هاي كنترل متداول، از خصوصيات مناسب تبديل ويولت در آناليز سيگنال و تحليل محتواي انرژي زلزله ورودي، بعنوان ابزاري مناسب مورد استفاده قرار خواهد گرفت. در اين تحقيق سعي خواهد شد با بكارگيري يك الگوريتم كنترل كننده اصلاح شونده، پارامتر هايي نظير حداكثر تغيير مكان طبقات، حداكثر تغيير مكان نسبي طبقات و حداكثر شتاب سازه را با استفاده از مقدار بهينه اي از سطح نيروي كنترل، تا حد بهينه اي كاهش داد. با استفاده از الگوريتم هاي قدرتمند بهينه سازي انفجار بزرگ و الگوريتم جستجوي فاخته، كنترل كننده بهينه اصلاح شده تخصيص قطب و كنترل بهينه كلاسيك خطي LQR، براي محاسبه ماتريس بهره و نيروي كنترل مطابق با فركانس هاي زلزله مد نظر قرار گرفته است. كلمات كليدي: كنترل فعال، كنترل پس خور، روش تخصيص قطب ها، روش LQR، تبديل ويولت، الگوريتم انفجار بزرگ و الگوريتم جستجوي فاخته